HVDC变压器

功率浸没式单相

概述 HVDC（高压直流）换流变压器是交流电网与HVDC输电系统之间的关键接口。随着可再生能源接入增加及远距离低损耗输电需求的提升，HVDC换流变压器可实现精确电压匹配、可靠绝缘，并与换流器协同工作，满足陆上与海上工程需求。

HVDC换流变压器的作用 它们将交流电网与换流站（LCC 与 VSC）连接，确保所需电压等级、直流/交流间的电介质隔离，并在复合AC/DC电应力和谐波条件下保持稳定运行。

设计目标与能力

• 满足换流器要求的精确电压匹配
• 可靠的AC/DC绝缘与电介质性能
• 在复合AC/DC应力和谐波失真下运行
• 优化效率以降低传输损耗
• 模块化、可扩展结构，支持最高1100 kV DC系统

HVDC变压器的工作原理 在换流站中，HVDC变压器与电力电子换流器协同工作以实现AC/DC转换。典型流程：

• 交流电由电网接入
• 变压器将电压调整至换流器要求
• 经调整的电力被送至换流器阀
• 换流器执行整流（AC→DC）或逆变（DC→AC）

该协同过程可实现受控功率流、远距离高效传输及稳定的电网并网。

HVDC Classic 与 HVDC Plus® 换流变压器既用于线路换流器（HVDC Classic）系统，也用于电压源换流器（HVDC Plus®）系统。HVDC Classic常用于大规模远距离输电；HVDC Plus®支持多端、海上风电接入及动态电网稳定等更灵活的应用。

核心功能

• 为整流器和逆变器运行提供电压适配
• AC 与 DC 系统之间的电气隔离
• 可靠承载UHVDC级别的功率
• 优化效率以降低全生命周期成本

解决的技术挑战

• 介质和热应力：为复合AC/DC电压设计的绝缘与冷却系统
• 机械耐久性：结构设计以承受开关和故障时的电磁力
• 先进电压调节：在负荷变化下支持电网稳定的精确控制
• 噪声和振动控制：接近人口区域的环境合规设计
• 环境可靠性：适用于恶劣海上和陆上条件的解决方案

案例研究（重点） 昌吉—古泉（Changji–Guquan）HVDC项目 — 交付了世界领先的HVDC换流变压器。关键参数：

• 变压器等级：1,100 kV DC
• 传输容量：12 GW
• 尺寸：长37.5 m，高14.4 m
• 重量：>900 吨
• 效率：额定功率下 >99%
• 实现了 3,284 km 的低损耗输电

应用

• 用于大规模可再生能源外送的点对点HVDC传输
• HVDC PLUS® / VSC系统，用于多端和海上接入
• 用于耦合异步电网的背靠背HVDC装置
• 多端和网状HVDC电网，用于互联系统
• 海上电网连接和海底传输

Siemens Energy innovations Siemens Energy的HVDC变压器在设计上采用了应对复合AC/DC应力的先进绝缘、精确电压调节、高效能设计、模块化可扩展构造（最高1100 kV）及按项目定制的工程方案。

技术特性 / 规格

• 电压能力：从数百kV到1100 kV DC（UHVDC）
• 示例功率等级：12 GW（Changji–Guquan）
• 示例尺寸：长37.5 m， 高14.4 m（案例）
• 示例重量：>900 吨（案例）
• 示例效率：额定时 >99%（案例）
• 设计要求：承受复合AC/DC应力、谐波失真和动态负载条件
• 关键技术：先进绝缘、优化的磁芯与绕组设计、集成监测与诊断、模块化可扩展结构